基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法，首先捷联航姿系统完成初始对准，其次捷联航姿系统进入惯性导航状态，当能够接受卫星跟踪信号时，捷联航姿系统进入组合导航状态，当卫星跟踪信号中断时，捷联航姿系统以卫星跟踪信号中断前一刻的飞机机体状态作为初始态重新进入惯性导航状态；根据飞机的方位角、卫星定位经度等得到飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值，进而驱动机载天线旋转到对应码盘值，实现隔离机体运动并使机载天线对准卫星。本发明克服了程序跟踪的精度差、依赖性强的问题，也解决单脉冲自跟踪可用性低的问题，为机载天线高精度指向跟踪提出了新的研究方向。
【专利说明】基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机载天线伺服控制【技术领域】，具体为一种基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线闻精度指向跟踪方法。
【背景技术】
[0002]机载卫星通信系统迅速发展，在飞机上安装越来越多，机载天线需要准确快速跟踪同步地球卫星。
[0003]通常采用方法是一种程序算法(我们这里称之为程序跟踪)。它利用飞机惯性导航系统(以下简称惯导)/GPS测出飞机所在的地理经度、纬度、高度，惯性导航系统给出飞机姿态参数(飞机相对正北方向的航向角、飞机相对水平面的横滚角、飞机相对水平面的俯仰角)，再根据卫星的经度，通过天线控制单元计算出卫星对天线的地理方位角A、俯仰角E和极化角Z。再通过坐标变换，获得天线的机体角度Aj、Ej、Zj。然后引导天线实时指向卫星。
[0004]程序跟踪方法跟踪卫星，严重依赖飞机惯导，独立性差；同时，存在惯导自身精度不高和指向跟踪误差随着时间漂移大的问题。由于跟踪精度问题，程序跟踪方法仅适合在口径较的天线系统中应用。
[0005]为提高跟踪精度，同时解决程序跟踪严重依赖飞机惯导问题，研究人员又提出了一种单脉冲自跟踪的跟踪方式。单脉冲自跟踪首先根据飞机惯导/GPS数据，计算出卫星初始指向，完成对卫星的初步对准(这个过程叫捕获)，再使用单脉冲自跟踪精确对准卫星，流程见图2。单脉冲自跟踪是对卫星信标信号的跟踪，经过特殊设计的天线，天线偏离目标后，通过跟踪接收机可以解算出偏离目标的多少，然后通过天线伺服系统，带动天线转动，消除目标的偏差。单脉冲自跟踪跟上卫星后，完全可以脱离惯导自主工作。
[0006]单脉冲跟踪需要天线特殊的设计，包括设计TE21模跟踪器、微波合成网络和跟踪接收机，工作流程简述如下:天线接收来自卫星上的信标信号，经TE21模跟踪器和微波合成网络把和、差信号合成为一路跟踪信号。当目标与电轴重合时，在馈源中仅激励起基模TE11模，当目标偏离电轴时，在馈源中不仅激励起基模TE11模，还会激励起高次模TE21模，经组合网络形成反映目标偏角和相位的误差信号。当偏角较小时，误差信号的幅度与偏角成正比。跟踪接收机首先将接收的角误差信号进行0/ π调相，使载波得到抑制，取其含有角度信息的边带信号在相加器中与经过IOdB定向f禹合器的和信号相加,输出一路合成信号。从而把两信道变成了单信道，然后进行放大、变频、锁相、角误差解调、同步检波，输出角误差电压送天线控制单元，驱动天线朝误差减小的方向转动，实现对目标的单脉冲自跟踪。
[0007]根据飞机试飞情况，采用单脉冲自跟踪的方式跟踪精度能够达到较高的精度要求，但是单脉冲自跟踪体系复杂，跟踪使用的跟踪接收机，受到环境影响造成的相位漂移难以解决，实际可用性低。
【发明内容】
[0008]要解决的技术问题[0009]为了克服程序跟踪的精度差、依赖性强的问题，解决单脉冲自跟踪可用性低的问题，本发明提出了一种基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法。
[0010]技术方案
[0011]本发明的技术方案为:
[0012]所述一种基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法，其特征在于:采用以下步骤:
[0013]步骤1:在飞机起飞前，由飞机主惯性导航系统将飞机起始点的经度、纬度和卫星方位角传给捷联航姿系统，捷联航姿系统完成初始对准；所述捷联航姿系统包括三轴光纤陀螺、三轴加速度计和解算平台；
[0014]步骤2:当飞机起飞后，捷联航姿系统通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，并实时解算出飞机的方位角；
[0015]当能够接受卫星跟踪信号时，飞机的机载天线控制系统根据天线对卫星的角度数据、卫星本身的经纬度进行反算得到的飞机的方位角，并与捷联航姿系统实时解算的飞机方位角进行比较，根据比较差值估算捷联航姿系统的漂移并对捷联航姿系统输出的方位角进行修正，得到修正后的飞机方位角并进入步骤3 ；
[0016]当卫星跟踪信号中断时，捷联航姿系统以卫星跟踪信号中断前一刻的飞机机体状态作为初始态，通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，实时解算出飞机的方位角并进入步骤3 ；
[0017]步骤3:根据飞机的方位角、由机载天线控制系统得到的卫星定位经度、以及跟踪时方位码盘值和跟踪时高低码盘值，得到飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值；
[0018]步骤4:飞机的机载天线控制系统根据步骤3得到的飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值，驱动电机带动天线旋转到对应码盘值，实现隔离机体运动并使机载天线对准卫星。
[0019]有益效果
[0020]本发明采用捷联航姿系统实现机载天线高精度指向跟踪，克服了程序跟踪的精度差、依赖性强的问题，也解决单脉冲自跟踪可用性低的问题，为机载天线高精度指向跟踪提出了新的研究方向。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1:捷联航姿系统工作流程原理框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例描述本发明:
[0023]参照附图1，本实施例中的基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法，采用以下步骤:
[0024]步骤1:启动捷联航姿系统，在飞机起飞前，由飞机主惯性导航系统将飞机起始点的经度、纬度和卫星方位角传给捷联航姿系统，捷联航姿系统完成初始对准；所述捷联航姿系统包括三轴光纤陀螺、三轴加速度计和解算平台；[0025]步骤2:当飞机起飞后，捷联航姿系统进入惯性导航状态，捷联航姿系统通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，并实时解算出飞机的方位角；
[0026]当能够接受卫星跟踪信号时，捷联航姿系统进入组合导航状态，飞机的机载天线控制系统根据天线对卫星的角度数据、卫星本身的经纬度进行反算得到的飞机的方位角，并与捷联航姿系统实时解算的飞机方位角进行比较，根据比较差值估算捷联航姿系统的漂移并对捷联航姿系统输出的方位角进行修正，得到修正后的飞机方位角并进入步骤3 ；
[0027]当卫星跟踪信号中断时，捷联航姿系统以卫星跟踪信号中断前一刻的飞机机体状态作为初始态重新进入惯性导航状态，通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，实时解算出飞机的方位角并进入步骤3;当卫星跟踪信号有效时，捷联航姿系统又自动进入组合导航状态；
[0028]步骤3:根据飞机的方位角、由机载天线控制系统得到的卫星定位经度(包括卫星方位角、卫星高低角、卫星极化角)、以及跟踪时方位码盘值和跟踪时高低码盘值，得到飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值；
[0029]步骤4:飞机的机载天线控制系统根据步骤3得到的飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值，驱动电机带动机载天线旋转到对应码盘值，实现隔离机体运动并使机载天线对准卫星。
【权利要求】
1.一种基于捷联航姿稳定跟踪的机载天线高精度指向跟踪方法，其特征在于:采用以下步骤: 步骤1:在飞机起飞前，由飞机主惯性导航系统将飞机起始点的经度、纬度和卫星方位角传给捷联航姿系统，捷联航姿系统完成初始对准；所述捷联航姿系统包括三轴光纤陀螺、三轴加速度计和解算平台； 步骤2:当飞机起飞后，捷联航姿系统通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，并实时解算出飞机的方位角； 当能够接受卫星跟踪信号时，飞机的机载天线控制系统根据天线对卫星的角度数据、卫星本身的经纬度进行反算得到的飞机的方位角，并与捷联航姿系统实时解算的飞机方位角进行比较，根据比较差值估算捷联航姿系统的漂移并对捷联航姿系统输出的方位角进行修正，得到修正后的飞机方位角并进入步骤3 ； 当卫星跟踪信号中断时，捷联航姿系统以卫星跟踪信号中断前一刻的飞机机体状态作为初始态，通过三轴光纤陀螺、三轴加速度计跟随检测飞机运动带来的姿态变化和位置变化，实时解算出飞机的方位角并进入步骤3 ; 步骤3:根据飞机的方位角、由机载天线控制系统得到的卫星定位经度、以及跟踪时方位码盘值和跟踪时高低码盘值，得到飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值； 步骤4:飞机的机载天线控制系统根据步骤3得到的飞机机载天线正确跟踪卫星需要的方位、高低、极化角度码盘值，驱动电机带动天线旋转到对应码盘值，实现隔离机体运动并使机载天线对准卫星。
【文档编号】H01Q3/08GK103633417SQ201310558298
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】艾文光, 王双平, 雒俊鹏, 张静 申请人:中国电子科技集团公司第三十九研究所